核糖體RNA(rRNA)的甲基化修飾是生物界中普遍存在的一種轉錄後修飾機制,可以改變rRNA分子的局部空間結構,從而優化核糖體的蛋白翻譯效率。不同物種之間的rRNA甲基化程度存在明顯差别,是rRNA進化的标志性事件之一。葉綠體是高等植物中重要的細胞器,由藍細菌經過内共生過程演化而來,具有自己的核糖體,因而能夠獨立地進行蛋白質合成。但是,對于葉綠體内是否存在rRNA甲基化現象,催化rRNA甲基化的分子裝置及可能的生物學功能,目前仍缺乏研究。
中國科學院植物研究所研究員遲偉團隊以模式植物拟南芥為材料,對上述問題進行了研究。該研究運用亞硫酸鹽測序法在葉綠體16S rRNA中鑒定到一個甲基化位點C1352,同時分離了一個拟南芥突變體cmal,在該突變體中C1352位點不能進行正常的甲基化。基因克隆表明CMAL基因編碼一個定位于葉綠體的SAM依賴型的RNA甲基轉移酶。進一步的研究表明,該位點的甲基化修飾如果被破壞,葉綠體核糖體的組裝将會受到嚴重影響,葉綠體mRNA的翻譯效率也将會因此而大幅下降。比較有趣的是CMAL的缺失不僅影響葉綠體功能,也會影響植物根和葉的發育過程,表現出類似生長素缺失的表型。遺傳和生化數據表明,CMAL可以通過調控植物生長素的信号轉導途徑影響植物的發育過程,暗示着葉綠體的核糖體裝置可以作為一個信号源調控植物的器官發育程序。該研究明确了在葉綠體内存在rRNA甲基化修飾現象,并揭示了rRNA甲基化修飾在葉綠體核糖體生物發生以及植物發育過程中的作用,同時也表明葉綠體和細菌的rRNA甲基化的機制和功能存在明顯差别,這為認識高等植物葉綠體的進化過程提供了有用的線索。
該研究成果于2月25日在線發表于國際學術期刊《核酸研究》(Nucleic Acids Research)。植物所博士鄒美娟為該論文的第一作者,遲偉為通訊作者。該研究得到中科院戰略性先導科技專項以及農業部轉基因專項的資助。
A, cmal突變體的表型;B, 亞硫酸鹽測序法表明在cmal突變體中16S rRNA甲基化過程受到了影響;C, cmal突變體中生長素分布發生了改變。
來源:中國科學院植物研究所
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